一种阶梯式贮热装置及热水系统的制作方法

1.本发明涉及储热设备技术领域，具体涉及一种阶梯式贮热装置及热水系统。


背景技术：

2.目前，集中生活热水的供应强调供水的稳定、可靠、连续；同时还需要兼顾节约能源；在使用中，用水规律存在明显的峰谷时段，不同时段用水规律的差距非常明显。
3.现有技术中的贮热系统，通常采用体积庞大的贮热箱、贮热罐将高峰期所要用的热水量贮存起来，从而在高峰期供热、供水。此类贮热系统在工程应用中存在以下问题：
4.1.现有的贮热箱或贮热罐由于体积较大，难以生产维护所以需要采用开式箱体。开式箱体存在水质污染隐患，需将其设置在专用机房内，这无疑增加了贮热系统的使用成本。
5.2.开式箱体无法充分利用一次冷水水压，热水需再次加压，存在较大的能源浪费，同时冷热水压力不同源，具有不利于压力平衡的问题。
6.3.如果采用闭式贮热罐，为满足承压要求，多采用圆柱体设计，机房空间利用率较箱体低20％，且还存在滞水现象。
7.4.为保障供热稳定性，贮热箱或者贮热罐的贮存水温需长期保存在50℃以上。对于50℃以上的贮水温度，太阳能、低温余热等低品位能源，利用率低下，在冬季上述问题尤其明显。
8.5.常规贮热箱或贮热罐受高度限制，无法有效利用温度分层。在夜间等低负荷工况下，贮热系统内依然保持高温状态，存在较大的散热损失。
9.为了解决上述问题，本领域人员急需一种阶梯式贮热装置，从而提高贮热系统的加热效率，并减小贮热系统的热量流失、降低生产使用成本。


技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的阶梯式贮热装置具有加热效率低，贮热系统的热量流失多以及生产使用成本高的问题，为解决上述问题，本发明提供了一种阶梯式贮热装置，包括：
11.高温储热腔，用于储存高温介质；
12.中温储热腔，用于储存温度小于所述高温介质的中温介质；
13.低温储热腔，用于储存温度小于所述中温介质的低温介质；所述高温储热腔、所述中温储热腔和所述低温储热腔相连通，以构成阶梯储热装置；
14.热源，所述热源分别与所述高温储热腔和所述中温储热腔相连；
15.中央控制器，用于控制所述热源向所述高温储热腔和/或所述中温储热腔供热。
16.可选的，在低负载用热环境下，所述热源与所述高温储热腔相连通，为所述高温储热腔供热；或，
17.在中高负载用热环境下，所述热源与所述中温储热腔相连通，为所述中温储热腔
供热。
18.可选的，所述热源包括：太阳能集热器和空气源热泵机组等类似制热机组；所述太阳能集热器通过换热器与所述中温储热腔相连，为所述中温储热腔供热；
19.所述空气源热泵机组分别与所述高温储热腔和所述中温储热腔相连，受所述中央控制器控制下为所述高温储热腔和/或所述中温储热腔供热。
20.可选的，所述高温储热腔为两个，且其二者相互连通；所述空气源热泵机组与直接与负载用热机构相连通的该高温储热腔直接相连；和/或，
21.所述中温储热腔为三个，且其二者相互连通；所述太阳能集热器与直接与所述高温储热腔相连的其中一个所述中温储热腔直接相连，且所述太阳能集热器通过开关控制阀与直接与所述低温储热腔相连的另一个所述中温储热腔直接相连；和/或，
22.所述低温储热腔为两个，且其二者相互连通。
23.可选的，所述低温储热腔通过热源泵分别与所述太阳能集热器和所述空气源热泵机组相连通。
24.可选的，所述中央控制器通过温度探头分别实时检测所述高温储热腔和/或所述中温储热腔的温度；
25.所述中央控制器通过温度探头实时检测所述负载用热机构的回水管路的温度；所述回水管路与所述中温储热腔相连通；
26.所述中央控制器通过温度探头实时检测所述太阳能集热器出水口位置温度。
27.可选的，所述热源包括：空气源热泵机组；
28.所述空气源热泵机组分别与所述高温储热腔相连，受所述中央控制器控制下为所述高温储热腔供热。
29.可选的，在高温消毒状态下，所述热源与所述高温储热腔相连通，且所述高温储热腔依次与所述中温储热腔和所述低温储热腔相连通，向所述中温储热腔和所述低温储热腔内通入高温介质，以实现循环消毒。
30.一种热水系统，包括：
31.阶梯式贮热装置；以及，
32.负载用热机构。
33.本发明技术方案，具有如下优点：
34.1.本发明的阶梯式贮热装置，包括：高温储热腔，用于储存高温介质；中温储热腔，用于储存温度小于所述高温介质的中温介质；低温储热腔，用于储存温度小于所述中温介质的低温介质；所述高温储热腔、所述中温储热腔和所述低温储热腔相连通，以构成阶梯储热装置；热源，所述热源分别与所述高温储热腔和所述中温储热腔相连；中央控制器，用于控制所述热源向所述高温储热腔和/或所述中温储热腔供热。
35.在本发明中通过将现有技术中的一个体积庞大的贮热箱、贮热罐更改为分别设置的高温储热腔、中温储热腔和低温储热腔。从而使上述高温储热腔、中温储热腔和低温储热腔可以实现阶梯式储热，从而减小现有的开式箱体用水时存在严重的混水现象的问题，避免现有的开式箱体其热水出水率降低至百分之50以下。采用本发明的阶梯储热装置可以有效地实现高低温水分隔，进而可以实现高温储热腔出水，低温储热腔或中温储热腔进水，从而提高热水出水率至百分之95。避免现有技术中为保障供热稳定性，贮热箱或者贮热罐的
贮存水温需长期保存在50℃以上。对于50℃以上的贮水温度，太阳能、低温余热等低品位能源，利用率低下的问题。同时，阶梯储热装置也不受常规贮热箱或贮热罐受高度限制，可以有效利用温度分层，在夜间等低负荷工况下，使贮热系统的低温储热腔保持低温状态，存在较小的散热损失。而且，本发明中由于采用阶梯储热装置，储热罐体积较小、容易生产维护，所以无需采用开式箱体。从而降低了开式箱体存在水质污染隐患的问题，无需将其设置在专用机房内，降低了阶梯式贮热装置的使用成本。同时，因为储热罐体积较小，也避免了开式箱体无法充分利用一次冷水水压，热水需再次加压，存在较大的能源浪费的问题。此外，如果现有技术中的贮热罐采用闭式贮热罐，由于承压要求，现有的贮热罐需要采用圆柱体设计结构，导致贮热罐利用率较箱体低20％和滞水问题。而本发明中的阶梯储热装置承压要求小，不存在上述问题。除了上述优点以外，在本发明中由高温储热腔、中温储热腔和低温储热腔相连通构成的阶梯储热装置，由于采用紧凑式模块化设计，有效利用了异形空间，还可以直接于屋面设置等位置，从而节约阶梯式贮热装置的占用面积。
36.2.本发明的阶梯式贮热装置，在低负载用热环境下，所述热源与所述高温储热腔相连通，为所述高温储热腔供热；或，在中高负载用热环境下，所述热源与所述中温储热腔相连通，为所述中温储热腔供热。
37.在低负载用热环境下，因为仅维持高高温储热腔内水温即可满足用水需求，所以仅仅需要通过热源与高温储热腔相连通，为所述高温储热腔供热，从而最大程度地实现系统更节能。另外，在中高负载用热环境下，热源优先加热中温储热腔。相对于现有技术中，热源加热温度较高的贮热罐。本发明中通过让热源优先加热中温储热腔，可以有效地提高供水温差，从而提升可再生能源利用效率。
38.3.本发明的阶梯式贮热装置，所述热源包括：太阳能集热器和空气源热泵机组等制热机组；所述太阳能集热器通过换热器与所述中温储热腔相连，为所述中温储热腔供热；所述空气源热泵机组分别与所述高温储热腔和所述中温储热腔相连，受所述中央控制器控制下为所述高温储热腔和/或所述中温储热腔供热。
39.通过太阳能集热器和空气源热泵机组为所述中温储热腔供热，可以有效地优先加热中温储热腔。相对于现有技术中热源加热温度较高的贮热罐，本发明中通过让热源优先加热中温储热腔，可以有效地提高供水温差，从而提升可再生能源利用效率。另外，在低负载用热环境下，空气源热泵机组为高温储热腔供热从而可以有效地满足低负载用热环境下的用水需求。
40.4.本发明的阶梯式贮热装置，所述中央控制器通过温度探头分别实时检测所述高温储热腔和/或所述中温储热腔的温度；所述中央控制器通过温度探头实时检测所述负载用热机构的回水管路的温度；所述回水管路与所述中温储热腔相连通；所述中央控制器通过温度探头实时检测所述太阳能集热器出水口位置温度。通过上述温度探头使中央控制器可以更加精准地调整供热方式，从而使系统更加节能。
41.5.本发明的阶梯式贮热装置，所述热源包括：空气源热泵机组；所述空气源热泵机组分别与所述高温储热腔相连，受所述中央控制器控制下为所述高温储热腔供热。在本发明中还可以通过空气源热泵机组为阶梯储热装置单独供热，从而简化阶梯式贮热装置的结构。
42.6.本发明的阶梯式贮热装置，在高温消毒状态下，所述热源与所述高温储热腔相
连通，且所述高温储热腔依次与所述中温储热腔和所述低温储热腔相连通，向所述中温储热腔和所述低温储热腔内通入高温介质，以实现循环消毒。
43.在需要高温杀菌时，本发明中的阶梯式贮热装置只需要将高温储热腔加热到高温状态后，并通过高温储热腔将高温水依次通入所述中温储热腔和所述低温储热腔即可整体循环消毒，系统杀菌方式更节能有效。
44.7.本发明的热水系统，包括：阶梯式贮热装置；以及，负载用热机构。本发明中的热水系统具有阶梯式贮热装置的所有优点。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明提供的具有太阳能集热器和空气源热泵机组的热水系统结构示意图；
47.图2为本发明提供的仅具有空气源热泵机组的热水系统结构示意图。
48.附图标记说明：
49.1－高温储热腔；2－中温储热腔；3－低温储热腔；4－负载用热机构；5－中央控制器；6－太阳能集热器；7－空气源热泵机组；8－换热器；9－牵引绳；10－开关控制阀；11－热源泵；12－温度探头；13－回水管路。
具体实施方式
50.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
54.实施例1
55.本实施例中的一种阶梯式贮热装置，如图1所示，其包括：
56.高温储热腔1，用于储存高温介质；
57.中温储热腔2，用于储存温度小于所述高温介质的中温介质；
58.低温储热腔3，用于储存温度小于所述中温介质的低温介质；所述高温储热腔1、所述中温储热腔2和所述低温储热腔3相连通，以构成阶梯储热装置；所述低温储热腔3通过热源泵11分别与所述太阳能集热器6和所述空气源热泵机组7相连通。在本实施例中，所述高温储热腔1为两个，且其二者相互连通；所述空气源热泵机组7与直接与负载用热机构4相连通的该高温储热腔1直接相连；所述中温储热腔2为三个，且其二者相互连通；所述太阳能集热器6与直接与所述高温储热腔1相连的其中一个所述中温储热腔2直接相连，且所述太阳能集热器6通过开关控制阀10与直接与所述低温储热腔3相连的另一个所述中温储热腔2直接相连；所述低温储热腔3为两个，且其二者相互连通；
59.热源，所述热源分别与所述高温储热腔1和所述中温储热腔2相连；在本实施例中，所述热源包括：太阳能集热器6和空气源热泵机组7；所述太阳能集热器6通过换热器9与所述中温储热腔2相连，为所述中温储热腔2供热；所述空气源热泵机组7分别与所述高温储热腔1和所述中温储热腔2相连，受所述中央控制器5控制下为所述高温储热腔1和/或所述中温储热腔2供热；
60.中央控制器5，用于控制所述热源向所述高温储热腔1和所述中温储热腔2供热；所述中央控制器5通过温度探头12分别实时检测所述高温储热腔1和所述中温储热腔2的温度；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述负载用热机构4的回水管路13的温度；所述回水管路13与所述中温储热腔2相连通；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述太阳能集热器6出水口位置温度。
61.在本实施例中，在低负载用热环境下，所述热源与所述高温储热腔1相连通，为所述高温储热腔1供热；在中高负载用热环境下，所述热源与所述中温储热腔2相连通，为所述中温储热腔2供热。在低负载用热环境下，因为仅维持高高温储热腔1内水温即可满足用水需求，所以仅仅需要通过热源与高温储热腔1相连通，为所述高温储热腔1供热，从而最大程度地实现系统更节能。另外，在中高负载用热环境下，热源优先加热中温储热腔2。相对于现有技术中，热源加热温度较高的贮热罐。本发明中通过让热源优先加热中温储热腔2，可以有效地提高供水温差，从而提升可再生能源利用效率。
62.本实施例中，在高温消毒状态下，所述热源与所述高温储热腔1相连通，且所述高温储热腔1依次与所述中温储热腔2和所述低温储热腔3相连通，向所述中温储热腔2和所述低温储热腔3内通入高温介质，以实现循环消毒。
63.当然，本实施例对热源的供热对象不做具体限定，在其它实施例中，中央控制器5可以控制热源单独向高温储热腔1和中温储热腔2二者其一供热，或者同时向高温储热腔1和中温储热腔2供热。
64.实施例2
65.本实施例中的一种阶梯式贮热装置，如图2所示，其包括：
66.高温储热腔1，用于储存高温介质；
67.中温储热腔2，用于储存温度小于所述高温介质的中温介质；
68.低温储热腔3，用于储存温度小于所述中温介质的低温介质；所述高温储热腔1、所述中温储热腔2和所述低温储热腔3相连通，以构成阶梯储热装置；所述低温储热腔3通过热
源泵11分别与所述太阳能集热器6和所述空气源热泵机组7相连通。在本实施例中，所述高温储热腔1为两个，且其二者相互连通；所述空气源热泵机组7与直接与负载用热机构4相连通的该高温储热腔1直接相连；所述中温储热腔2为三个，且其二者相互连通；所述太阳能集热器6与直接与所述高温储热腔1相连的其中一个所述中温储热腔2直接相连，且所述太阳能集热器6通过开关控制阀10与直接与所述低温储热腔3相连的另一个所述中温储热腔2直接相连；所述低温储热腔3为两个，且其二者相互连通；
69.热源，所述热源包括：空气源热泵机组7；所述空气源热泵机组7分别与所述高温储热腔1相连，受所述中央控制器5控制下为所述高温储热腔1供热；
70.中央控制器5，用于控制所述热源向所述高温储热腔1和所述中温储热腔2供热；所述中央控制器5通过温度探头12分别实时检测所述高温储热腔1和所述中温储热腔2的温度；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述负载用热机构4的回水管路13的温度；所述回水管路13与所述中温储热腔2相连通；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述太阳能集热器6出水口位置温度。
71.本实施例中，在高温消毒状态下，所述热源与所述高温储热腔1相连通，且所述高温储热腔1依次与所述中温储热腔2和所述低温储热腔3相连通，向所述中温储热腔2和所述低温储热腔3内通入高温介质，以实现循环消毒。
72.实施例3
73.一种热水系统，包括：
74.阶梯式贮热装置；以及，负载用热机构4。所述负载用热机构4为洗澡设备。
75.阶梯式贮热装置，如图2所示，其包括：
76.高温储热腔1，用于储存高温介质；
77.中温储热腔2，用于储存温度小于所述高温介质的中温介质；
78.低温储热腔3，用于储存温度小于所述中温介质的低温介质；所述高温储热腔1、所述中温储热腔2和所述低温储热腔3相连通，以构成阶梯储热装置；所述低温储热腔3通过热源泵11分别与所述太阳能集热器6和所述空气源热泵机组7相连通。在本实施例中，所述高温储热腔1为两个，且其二者相互连通；所述空气源热泵机组7与直接与负载用热机构4相连通的该高温储热腔1直接相连；所述中温储热腔2为三个，且其二者相互连通；所述太阳能集热器6与直接与所述高温储热腔1相连的其中一个所述中温储热腔2直接相连，且所述太阳能集热器6通过开关控制阀10与直接与所述低温储热腔3相连的另一个所述中温储热腔2直接相连；所述低温储热腔3为两个，且其二者相互连通；
79.热源，所述热源包括：空气源热泵机组7；所述空气源热泵机组7分别与所述高温储热腔1相连，受所述中央控制器5控制下为所述高温储热腔1供热；
80.中央控制器5，用于控制所述热源向所述高温储热腔1和所述中温储热腔2供热；所述中央控制器5通过温度探头12分别实时检测所述高温储热腔1和所述中温储热腔2的温度；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述负载用热机构4的回水管路13的温度；所述回水管路13与所述中温储热腔2相连通；所述中央控制器5通过温度探头12实时检测所述太阳能集热器6出水口位置温度。
81.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。